（北京專用）2019版高考化學一輪復習 專項突破五 綜合實驗題的解題策略課件.ppt

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1、專項突破五綜合實驗題的解題策略,實驗原理、實驗技能和實驗儀器是實驗的三要素。在高考中常將“三要素”進行組合,形成綜合性強、能力要求高的實驗題。常見的組合類型有“原理+儀器”組合、“儀器+技能”組合、“原理+技能”組合,或者是能力要求更高、綜合性更強的“原理+儀器+技能”組合。利用綜合實驗題既可以考查化學實驗基本操作,又可以考查學生觀察實驗現象、處理實驗數據的能力,分析實驗結果、得出實驗結論的能力以及綜合運用知識的能力。,考法突破,一、綜合實驗題的基本流程 原理、目的反應物儀器、裝置實驗現象結論。具體分析為: (1)實驗是根據什么性質和原理設計的?實驗的目的是什么? (2)所用各物質名稱、狀態(tài)、

2、代替物(根據實驗目的和相關的化學反應原理,進行全面的分析比較和推理,并合理選擇)。 (3)有關裝置:性能、使用方法、適用范圍、注意事項、是否有替代裝置可用、儀器規(guī)格等。 (4)有關操作:操作順序、注意事項或操作錯誤的后果。 (5)實驗現象:自下而上,自左而右全面觀察。 (6)實驗結論:直接結論或導出結論。,二、綜合實驗題的解題思路 (1)巧審題,明確實驗目的和原理。實驗原理是解答實驗題的核心,是實驗設計的依據和起點。實驗原理可從題給的化學情境(或題中所給實驗目的),結合元素及其化合物等有關知識獲取。在此基礎上,遵循科學性、安全 性、可行性、簡約性的原則,確定符合實驗目的、要求的方案。 (2)想

3、過程,理清實驗操作的先后順序。根據由實驗原理所確定的實驗方案,確定實驗操作步驟,把握各步實驗操作的要點,理清實驗操作的先后順序。 (3)看準圖,分析各實驗裝置的作用。有許多綜合實驗題圖文結合,思考容量大。在分析解答過程中,要認真細致地分析圖中所示的裝置,并結合實驗目的和原理,確定它們在實驗中的作用。,(4)細分析,得出正確的實驗結論。實驗現象(或數據)是化學原理的外在表現。在分析實驗現象(或數據)的過程中,要善于找出影響實驗成功的關鍵,以及產生誤差的原因等。 (5)重基礎,高考對實驗的考查以基礎知識的綜合運用為主,具有綜合性、靈活性的特點。學習過程中要對實驗基礎知識分類歸納總結,如氣體的制 備

4、、收集,物質分離和提純,物質的檢驗和鑒別,物質性質的驗證等。化學實驗的基礎知識主要有實驗現象的描述,裝置氣密性的檢查,溶液的配制,同一儀器在不同實驗中或同一實驗中不同位置的作用,實驗儀器的正確使用,綜合實驗中實驗裝置的選擇等。,類型一、以控制變量為主的綜合實驗題 控制變量法:物質變化往往受多個因素的影響,在研究化學反應與外界因素之間的關系時,對影響物質變化規(guī)律的因素或條件加以人為控制,使其他因素不變,集中研究一個因素的變化所產生的影響,以利于在研究過程中,迅速尋找到物質變化的規(guī)律。解答此類試題的關鍵是選擇數據要有效,且變量統(tǒng)一,否則無法作出正確判斷。思路總結:,典例1興趣小組探究鋅片與鹽酸、醋

5、酸反應時,濃度或溫度對反應速率的影響,他們準備了以下化學用品:0.20 molL-1與0.40 molL-1的HCl溶液、 0.2 molL-1與0.40 molL-1的CH3COOH溶液、0.10 molL-1CuCl2溶液、鋅片 (形狀、大小、質量相同)、秒表、碳棒、導線、燒杯、幾支試管和膠頭滴管,酸液溫度控制為298 K和308 K。 (1)酸液都取足量、相同體積,請你幫助完成以下實驗設計(表中不要留 空格):,(2)若(1)中實驗鋅片消失的時間是20 s,則鋅片剩余質量與時間關系如圖所示。假設:該反應溫度每升高10 ,反應速率是原來的2倍;溫度相同、濃度相同時,醋酸的平均反應速度是鹽酸

6、的1/2。請你在此圖中大致畫出“實驗”(用實線)、“實驗中醋酸實驗”(用虛線)的鋅片質量與時間關系曲線。,(3)某實驗小組在做(1)中實驗時誤加少量0.10 molL-1 CuCl2溶液,發(fā)現反應速率與(1)中實驗接近。該組同學對影響因素提出如下假設,請完成假設三: 假設一:Cu2+對該反應起催化劑作用 假設二:Cl-對該反應起催化劑作用 假設三:形成Zn-Cu原電池,加快反應速率(其他答案合理亦可) ,解析(1)實驗和的不同點是溫度,所以是探究溫度對Zn與鹽酸反 應速率的影響;實驗和的不同點是鹽酸的濃度,所以是探究鹽酸濃度對Zn與鹽酸反應速率的影響;實驗和是探究相同溫度下,相同濃度的鹽酸、醋

7、酸與鋅反應速率的區(qū)別,所以實驗的溫度是298 K,醋酸的濃度是0.20 molL-1。 (2)與相比,溫度升高10 ,反應速率是原來的2倍,所以反應時間縮短到10 s;的反應速率是的,則反應時間是的2倍,即20 s2=40 s,據此可畫出圖像。 (3)Zn置換出Cu,構成Zn-Cu原電池,能夠加快反應速率,所以假設三為形成 Zn-Cu原電池,加快反應速率。,1-1某酸性工業(yè)廢水中含有K2Cr2O7。光照下,草酸(H2C2O4)能將其中的Cr2轉化為Cr3+。某課題組研究發(fā)現,少量鐵明礬Al2Fe(SO4)424H2O即可對該反應起催化作用。為進一步研究有關因素對該反應速率的影響,探究如下: (

8、1)在25 下,控制光照強度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同,調節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量,做對比實驗,完成以下實驗設計表(表中不要留空格)。,測得實驗和溶液中的Cr2濃度隨時間變化關系如下圖所示。 (2)上述反應后草酸被氧化為 CO2 (填化學式)。 (3)實驗和的結果表明溶液pH對該反應的速率有影響;實驗中 0t1時間段反應速率v(Cr3+)= molL-1min-1(用代數式表示)。,(4)該課題組對鐵明礬Al2Fe(SO4)424H2O中起催化作用的成分提出如下假設,請你完成假設二和假設三: 假設一:Fe2+起催化作用; 假設二: Al3+起催化作用; 假設三: SO 2

9、- 4 起催化作用; (5)請你設計實驗驗證上述假設一,完成下表中內容。 除了上述實驗提供的試劑外,可供選擇的藥品有K2SO4、FeSO4、K2SO4 Al2(SO4)324H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2的濃度可用儀器測定,(本題屬于開放性試題,合理答案均可),解析(1)根據題設要求,和數據對比可得出不同pH對反應速率的影 響,和數據對比可得出草酸用量對反應速率的影響。根據實驗單一變量原則,設計實驗時,只能允許草酸用量發(fā)生變化,且保證混合溶液其他成分濃度相同,故保證和中混合溶液總體積相同。本題可以選擇的組合有多種。例如:,(3)由實驗和及對應圖像可知溶液pH對該反應速率有影響。pH

10、越小,Cr2濃度下降越快,說明反應速率越快。根據圖像中的變 化可以求出v(Cr2)= molL-1min-1,再結合反應Cr2+3C2+14 H+ 2Cr3+6CO2+7H2O可得:v(Cr3+)= molL-1min-1。(4)分析 鐵明礬Al2Fe(SO4)424H2O的成分,可以提出另外兩個假設分別為:Al3+起催化作用,S起催化作用。(5)完成本實驗的關鍵是選擇對照實驗,并控制單一變量(Fe2+的有和無)。最簡捷的做法為選擇實驗作為參照實驗,用等物質的量K2SO4Al2(SO4)324H2O代替實驗中的鐵明礬,并控制其他實驗條件與相同,進行對比實驗。另外,還可以選擇或作為參照實驗,其他

11、操作相同。本題也可以另外設計對比實驗,例如:,1-2控制變量法是化學實驗的一種常用方法,下表是某學習小組研究等物質的量濃度的稀硫酸和鋅反應的實驗數據。分析以下數據,回答下列問題:,(1)實驗1和實驗2表明溫度對化學反應速率有影響。對該因素進行研究的實驗還有一組是實驗3和實驗4 (填實驗序號)。 (2)下列說法正確的是 AC 。 A.t1t4 (3)稀硫酸中H2SO4的物質的量濃度是 2.4molL-1,實驗6生成硫酸鋅的質量m5= 9.9。,解析(1)實驗1與實驗2中只有溫度不同,故可表明溫度對化學反應速率有影響;分析可知實驗3與實驗4中也只有溫度不同。 (2)其他條件相同時,采用粉末狀鋅比采

12、用顆粒狀鋅的反應速率快,對比實驗3、5可知t170;因實驗1、2中鋅的質量相同,硫酸的質量也相同,故生成的硫酸鋅等量,即m1=m2;由實驗8、10的數據可知,在加入8.0 g Zn時,稀硫酸已經耗盡,故m6=19.3;實驗5中加入鋅的質量小于實驗8,故t1t4。 (3)由硫酸耗盡時產生硫酸鋅的質量可求出50.0 mL稀硫酸中含有n(H2SO4)0.12 mol,故c(H2SO4)2.4 molL-1;實驗6中硫酸未耗盡,故可由4.0 g Zn (全部轉化為ZnSO4)求出m5=4.0161/659.9。,類型二、以實驗探究為主的綜合實驗題 以實驗探究為主的綜合實驗題以能力立意,把化學知識與能力

13、的考核融為一體。試題源于教材實驗,但又高于教材。主要考查考生思維的敏捷性、縝密性、靈活性。試題難度較大。在探究過程中往往可以利用對比實驗來進行對照和比較,從而研究和揭示某種規(guī)律,解釋某種現象形成的原因或證明某種反應機理。對物質性質的探究,必須在牢牢掌握元素化合物知識的基礎上,大膽猜想,細心論證。脫離元素化合物知識,獨立看待實驗問題是不科學的,只有靈活運用已有的元素化合物知識,才能變探究型實驗為驗證型實驗,使復雜問題簡單化。,典例2氮的氧化物(NOx)是大氣污染物之一,工業(yè)上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2。某同學在實驗室中對NH3與NO2反應進行了探究?；卮鹣铝袉栴}: (1

14、)氨氣的制備,氨氣的發(fā)生裝置可以選擇上圖中的 A(或B) ,反應的化學方程式為 2NH4Cl+Ca(OH)2 2NH3+CaCl2+2H2O(或NH3H2O NH3+H2O)。 欲收集一瓶干燥的氨氣,選擇上圖中的裝置,其連接順序為:發(fā)生裝置 dcfei(按氣流方向,用小寫字母表示)。 (2)氨氣與二氧化氮的反應 將上述收集到的NH3充入注射器X中,硬質玻璃管Y中加入少量催化劑,充入NO2(兩端用夾子K1、K2夾好)。在一定溫度下按圖示裝置進行實驗。,解析(1)制備氨氣,可用Ca(OH)2(s)和NH4Cl(s)混合加熱,此時可選用裝置A;也可采用加熱濃氨水的方法,此時可選用裝置B。欲得到干燥的

15、氨氣,首先要干燥(干燥管要大口進,小口出),其次要收集(氨氣密度比空氣小,要用向下排空氣法),最后為尾氣處理(因氨氣極易溶于水,要用防倒吸的F裝置)。 (2)NH3和NO2在催化劑、一定溫度下可發(fā)生反應,故Y管中紅棕色慢慢變淺;由化學方程式8NH3+6NO2 7N2+12H2O可以得出,反應后氣體分子數減少,壓強減小,故打開K2后,Z中NaOH溶液會產生倒吸現象。,2-1某課題組設計實驗探究硫酸鋇與活性炭粉反應的產物。 .制備硫酸鋇 將一定量的氯化鋇溶于水,加入足量硫酸,過濾、洗滌、烘干,得到純凈硫酸鋇。 (1)洗滌硫酸鋇的操作方法是用玻璃棒向過濾器引流蒸餾水至浸沒固體,待蒸餾水流出后,重復2

16、3次。 .探究硫酸鋇與活性炭粉反應的產物 (2)探究氣體產物 【提出假設】 假設1氣體產物是CO。 假設2氣體產物是CO2。 假設3氣體產物是 CO和CO2的混合物。,【實驗驗證】設計裝置如圖所示。 B裝置的作用是檢驗二氧化碳。 能證明有CO生成的現象是 D裝置中黑色粉末變成紅色。 【實驗結論】經實驗證明A裝置中產生的氣體有CO和CO2。 (3)探究固體產物 【查閱資料】硫酸鋇與碳反應的固體產物可能是硫化鋇和亞硫酸鋇。硫化鋇微溶于水、亞硫酸鋇難溶于水,且硫化鋇和亞硫酸鋇都能與稀鹽酸、,稀硫酸反應。 【實驗設計】取實驗后A中殘留的固體分別裝于3支試管中,設計如下三種方案驗證固體產物的成分:,【實

17、驗評價】 上述實驗中,能確認固體成分的實驗是乙(填序號)。,乙方案中產生黑色沉淀的離子方程式為 Cu2+H2S=CuS+2H+ 。 (4)經實驗測定,硫酸鋇與活性炭粉在加熱條件下反應生成氣體的相對分子質量為,固體產物為硫化鋇。寫出該化學方程式: BaSO4+3C BaS+2CO+CO2 。,類型三、以實驗方案設計與評價為主的綜合實驗題 實驗方案的設計與評價類試題是高考中的重要題型,能充分體現考生的創(chuàng)新思維能力和分析問題的能力,充分考查考生思維的嚴謹性和靈活性。 (1)設計要點。實驗方案的設計要明確以下要點:題目有無特殊要求;題給藥品、裝置的種類及數量;注意實驗過程中的安全性操作;會畫簡單的實驗

18、裝置圖;注意儀器的規(guī)格;要注意防倒吸、防爆炸、防燃燒、防暴沸、防氧化、防吸水;同一儀器在不同位置的相應作用等;要嚴格按照“操作(實驗步驟)+現象+結論”的格式敘述。 (2)評價角度。操作可行性:實驗原理是否科學、合理,操作是否簡單、可行,儀器的使用、基本操作是否正確。經濟效益:原料是否廉價、轉化率是否高,產物產率是否高。環(huán)境保護:原料是否對環(huán)境有污染,產物是否對環(huán)境有污染,污染物是否進行處理。,典例3兩個實驗小組的同學為探究過氧化鈉與二氧化硫的反應,都用如圖所示的裝置進行實驗。通入SO2,將帶火星的木條插入試管C的上部,木條復燃。 請回答下列問題: (1)以上實驗現象證明反應中有 O2 生成。

19、 (2)第1小組同學認為Na2O2與SO2反應的產 物之一為Na2SO3,該反應的化學方程式是 2Na2O2+2SO2=2Na2SO3+O2 ; 請設計一種實驗方案證明Na2O2與SO2反應生成的白色固體中含有Na2SO3: 取少量Na2O2與SO2反應后生成的白色固體,加入稀硫酸,若產生能使品紅溶液褪色的氣體,則說明其中含有Na2SO3 。,(3)第2小組同學認為Na2O2與SO2的反應中還可能有Na2SO4生成。為檢驗是否有Na2SO4生成,他們設計了如下方案: 上述方案是否合理?不合理(填“合理”或“不合理”)。請簡要說明兩點理由: 酸性條件下NO-3能氧化SO2-3 (或H2SO3)

20、; 若反應后的固體中殘留Na2O2,溶解時會氧化SO2-3 。 (4)仍用上述裝置,請你設計一個實驗方案來確認Na2SO4的生成: 在題給裝置中,通入SO2直至固體質量不再改變,然后取少量反應后的白色固體溶于水,加入稀鹽酸酸化,再加入氯化鋇溶液,若有白色沉淀生成,可確認SO2-4存在。,3-1草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,其K1=5.410-2,K2=5.410-5。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水,而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體(H2C2O42H2O)無色,熔點為101 ,易溶于水,受熱脫水、升華,170 以上分解。 回答下列問題: (1)甲組同學按照如圖所示的裝置,通過實驗檢驗草酸晶體的分解產物

21、。裝置C中可觀察到的現象是有氣泡逸出、澄清石灰水變渾濁 ,由此可知草酸晶體分解的產物中有 CO2 。裝置B的主要作用是冷凝(水蒸氣、草酸等),防止草酸進入裝置C反應生成沉淀,干擾CO2的檢驗。,(2)乙組同學認為草酸晶體分解產物中還有CO,為進行驗證,選用甲組實驗中的裝置A、B和下圖所示的部分裝置(可以重復選用)進行實驗。,乙組同學的實驗裝置中,依次連接的合理順序為A、B、 F、D、G、 H、D、I 。裝置H反應管中盛有的物質是 CuO 。,能證明草酸晶體分解產物中有CO的現象是 H中黑色粉末變?yōu)榧t色,其后的D中澄清石灰水變渾濁。 (3)設計實驗證明: 草酸的酸性比碳酸的強: 向盛有少量NaH

22、CO3的試管里滴加草酸溶液,有氣泡產生。 草酸為二元酸: 用NaOH標準溶液滴定草酸溶液,消耗NaOH的物質的量為草酸的2倍。,解析(1)草酸分解產生CO2和H2O,則裝置C中觀察到的現象是有氣泡逸出,澄清石灰水變渾濁;裝置B的主要作用是冷凝(水蒸氣、草酸等),防止草酸進入裝置C反應生成沉淀,干擾CO2的檢驗。(2)為驗證產物中有CO,需除去CO2并干燥后通過灼熱的CuO,通過檢驗還原CuO后的產物中有CO2即 可。CO有毒,要注意尾氣處理,故裝置的連接順序為A、B、F、D、G、 H、D、I。裝置H反應管中盛有的物質為CuO。CO能還原CuO,故H中的現象應為黑色的固體粉末變紅,H后的D中的現

23、象為澄清石灰水變渾濁。 (3)依據強酸制弱酸的原理,可將草酸加入到碳酸氫鈉溶液中,若產生能使澄清石灰水變渾濁的氣體,則證明草酸的酸性強于碳酸。欲證明草酸是二元酸,需證明草酸中有兩個羧基,用NaOH溶液滴定即可。,3-2已知亞硫酸鈉在空氣中能被氧氣氧化生成硫酸鈉。 .甲同學設計兩種方案來檢驗Na2SO3溶液是否發(fā)生變質。 方案一:取樣,加入稀鹽酸有氣泡生成,認為亞硫酸鈉溶液沒有變質。 方案二:取樣,加入氯化鋇溶液有白色沉淀生成,認為亞硫酸鈉溶液完全變質。 請你對兩方案做出評價: 方案一:不合理(填“合理”或“不合理”),理由是亞硫酸鈉部分變質時加入稀鹽酸也會產生氣泡。 方案二:不合理(填“合理”

24、或“不合理”),理由是 亞硫酸鈉也能與氯化鋇反應生成白色沉淀,亞硫酸鈉未變質或部分變質時也會產生白色沉淀。,(1)分液漏斗中應加入足量的下列哪種試劑? b (填字母)。 a.濃硝酸b.65%硫酸c.濃鹽酸 (2)實驗前后測得C裝置增重3.2 g,則Na2SO3溶液實際的物質的量濃度為 0.83 molL-1 。 (3)該實驗裝置還存在一個明顯的缺陷是缺少驅趕殘留二氧化硫氣體的裝置(或其他合理答案) 。,.乙同學探究Na2SO3溶液是否變質,設計如下實驗測定1.0 molL-1 Na2 SO3溶液的實際濃度。,解析.加入稀鹽酸有氣泡生成,證明溶液中含有亞硫酸鈉,Na2SO3溶液可能沒有變質,也可能部分變質。亞硫酸鈉、硫酸鈉都能與氯化鋇反應生成沉淀,故亞硫酸鈉溶液未變質、部分變質、全部變質時的現象相同,都會生成白色沉淀。 .(1)制備二氧化硫氣體選用硫酸。 (2)C裝置增重3.2 g,產生的n(SO2)=0.05 mol,所以n(Na2SO3)=0.05 mol, c(Na2SO3)=0.05 mol0.06 L0.83 molL-1。該實驗裝置中一個明顯的缺陷是缺少驅趕殘留二氧化硫氣體的裝置。,